Los científicos están desarrollando organoides de glándulas salivales humanas para probar la infectividad del SARS-CoV-2

Los científicos están desarrollando organoides de glándulas salivales humanas para probar la infectividad del SARS-CoV-2

En un estudio publicado recientemente en la revista Biología celular natural Los investigadores demostraron in vitro la susceptibilidad de las glándulas salivales a la infección por coronavirus-2 (SARS-CoV-2) del síndrome respiratorio agudo grave utilizando un modelo de cultivo organoide.

Estudiar: Los organoides de glándulas salivales derivados de células madre pluripotentes inducidos por humanos modelan la infección y replicación del SARS-CoV-2. Crédito de la foto: NIAID

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Aunque el sistema respiratorio, incluido el tracto respiratorio superior (URT) y los pulmones, son los principales objetivos del SARS-CoV-2, cada vez hay más pruebas de que afecta a múltiples órganos. Por ejemplo, la mucosa oral y las glándulas salivales expresan ampliamente dos factores de entrada del SARS-CoV-2, la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) y la serina proteasa transmembrana 2 (TMPRSS2). También sirven como reservorio del SARS-CoV-2.

Curiosamente, el 80% de las infecciones por SARS-CoV-2 son asintomáticas. Además, los estudios han informado que el SARS-CoV-2 ataca las glándulas salivales humanas y los viriones infecciosos de la saliva de individuos asintomáticos contribuyen a una mayor transmisión del virus.

Debido a la capacidad del SARS-CoV-2 para infectar múltiples tipos de organoides, un modelo de cultivo de organoides puede resultar adecuado para detectar la infección por SARS-CoV-2 en glándulas salivales (in vitro). Sin embargo, debido a la falta de modelos in vitro adecuados, los estudios no han logrado dilucidar los mecanismos subyacentes a la infección y replicación del SARS-CoV-2 en las glándulas salivales y su posterior secreción en la saliva.

Sobre el estudio

En el presente estudio, los investigadores generaron organoides funcionales de glándulas salivales a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC) con características morfológicas y funciones fisiológicas (in vivo) similares a las de las glándulas salivales humanas. Además, estos organoides tenían líneas celulares específicas de glándulas salivales.

El equipo realizó la secuenciación de ácido ribonucleico unicelular (scRNA-seq) de células hiSG el día 80 utilizando la plataforma 10X Genomics. Además, aislaron los organoides el día 60 y los cultivaron con factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) 7 y 10 hasta el día 80 para caracterizar las estructuras ramificadas observadas.

El gen del factor de transcripción 9 SRY-box (SOX9) regula el desarrollo de las glándulas salivales en ratones y humanos. En su ausencia, las glándulas salivales no pueden sufrir una morfogénesis ramificada. Por lo tanto, los investigadores suprimieron SOX9 durante la inducción de hiSG para descubrir si los hiSG recapitulaban el proceso de desarrollo mediado por SOX9.

Resultados del estudio

Las glándulas salivales inducidas por humanos (hiSG) tenían propiedades similares a las glándulas salivales embrionarias, incluidas características morfológicas, expresión de marcadores de proteínas y características de expresión genética. De acuerdo con estudios in vivo realizados en ratones, la eliminación de SOX9 inhibió la formación de ramas en hiPSC, lo que sugiere que este gen es fundamental para el desarrollo de las glándulas salivales humanas. Por tanto, este modelo de estudio podría sustituir a los modelos animales utilizados para estudiar el desarrollo de las glándulas salivales humanas.

Los hiSG imitaban morfológica y funcionalmente las glándulas salivales naturales. La agrupación imparcial de scRNA-seq identificó seis grupos celulares principales que se pueden dividir en subtipos celulares. La pequeña población mesenquimatosa en los HiSG no mostró características del mesénquima de las glándulas salivales. Por el contrario, el grupo de células epiteliales constaba de cinco grupos de células: acinares, basales, ductales, mioepiteliales y de ciclo activo. Los hiSG comprendían linajes independientes de células mioepiteliales basales del linaje ductal-acinar, y el análisis de pseudotiempo demostró las diferencias entre estos dos linajes celulares.

La función básica de las glándulas salivales es secretar líquido inducido por acetilcolina a través de las vías del receptor muscarínico de acetilcolina. En los hiSG, el tratamiento con carbacol, un agonista del receptor muscarínico de acetilcolina, produjo un aumento transitorio y dependiente de la dosis en los niveles de calcio intracelular. Además, los hiSG trasplantados ortotópicamente exhibieron el fenotipo de glándulas salivales maduras trasplantadas a un sitio receptor en ratones con el tiempo.

Los análisis de scRNA-seq e inmunofluorescencia también mostraron que las células ductales dentro de los hiSG expresaban abundantemente ACE2 y TMPRSS2, de manera similar a las glándulas salivales normales. El método de inmunotinción reveló que, aunque las células ductales en el lado apical de los hiSG expresaban fuertemente ACE2, las células ductales y las células acinares expresaban TMPRSS2. Al entrar en contacto con el SARS-CoV-2, los hiSG se infectaron y mostraron replicación del SARS-CoV-2 dentro de las 24 horas posteriores a la infección. Los autores también descubrieron la nucleoproteína SARS-CoV-2 en células ductales infectadas. En consecuencia, el ensayo de cultivo de tejido infeccioso en medio (TCID50) mostró virus infecciosos en hiSG que alcanzaron su punto máximo a las 24 horas pero disminuyeron más tarde.

Conclusiones

De hecho, los hiSG desarrollados en el estudio actual podrían servir como un modelo valioso para la reproducción de poblaciones de células heterogéneas en las glándulas salivales humanas. Además, los hiSG podrían respaldar el análisis funcional de genes durante el desarrollo y servir como una herramienta prometedora para estudiar las infecciones por SARS-CoV-2 en las glándulas salivales a nivel molecular. Además, los investigadores demostraron que los hiSG tenían varias ventajas en comparación con los organoides derivados de células progenitoras de tejido de glándulas salivales humanas adultas. Por ejemplo, podían modificarse genéticamente fácilmente utilizando la herramienta de edición de genes CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas) y la proteína 9 asociada a CRISPR (Cas9) y eran relativamente fáciles de cultivar.

Referencia:

• Tanaka, J., Senpuku, H., Ogawa, M. et al. Vom Menschen induzierte pluripotente, aus Stammzellen gewonnene Speicheldrüsenorganoide modellieren die SARS-CoV-2-Infektion und -Replikation. Nat Cell Biol (2022). https://doi.org/10.1038/s41556-022-01007-6, https://www.nature.com/articles/s41556-022-01007-6#Sec7